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化学与生2010,vol.27No.8
编减专论1
Chemistry Bioengineering
脂肪酶催化药物合成的研究进展
熊小龙2,杜鹏飞',金鹏'“王秋岩,谢恬
(1.杭州师范大学生物医药与健康研究中心,浙江杭州310012
2.杭州师范大学生命与环境科学学院,浙江杭州310036)
摘要:脂肪酶是工业中常用的生物催化剂,由于其催化的反应美型多样、反应条件温和、催化效率高、具备良好的
区域和立体选择性,被广泛应用于药物合成领城。为了跟踪掌握脂肪酶在药物合成领城的最新进展,综述了近5年来脂
肪酶在催化合成抗览镇痛药物、抗抑郴药物、抗菌药物、抗肿瘤药物、维生肃类药物及其中间体方面的最新应用,对新构
建的工艺实例中脂肪酶的性质和优化的反应条件进行了重点描述
关键词:酶法化;脂肪酶;药物合成;手性中间体
中图分类号:Q556
文献标识码:A
文章编号:1672-5425(2010)08-0001-07
脂肪酶([ ,lease,EC3.1.1.3)可以水解三酸甘油为清洁和高效的途径。
酯产生脂肪酸、单甘油酯、双甘油酯及甘油,在有机溶
近年来,研究人员通过新脂肪酶的筛选、酶固定
剂(包括超临界流体)中,亦可催化逆水解反应,例如酯化、反应介质的改变、酰基供体的选择和反应条件(如
化、交酯化、氨解、交流酯化及肽解等反应。脂肪酶已温度、水活度、底物摩尔比例和真空气压等)的优化,构
广泛应用于食品、造纸、皮革、洗涤剂、化工材料和医药建了许多脂肪酶催化药物合成的优化工艺,脂肪酶在
合成等诸多领域,其中,药物合成一直是脂肪酶研究领药物合成领域的研究得到不断拓展和创新。作者在此
域的热点。
对近5年来脂肪酶催化合成抗炎镇痛药物、抗抑郁药
目前,临床上超过60%的常用药物为手性药物。物、抗菌药物、抗肿瘤药物、维生素类药物及其中间体
通常的化学工艺对手性分子的合成并不理想,存在反的最新研究进展进行了综述。
应路径长、重金属催化剂残留和收率低等缺点;而脂肪
酶对底物具有高度的立体选择性,只需单步反应就可
脂肪酶催化合成抗炎镇痛药物
以高效率地制备出手性产物,这使得脂肪酶在光学纯
非甾体类抗炎镇痛药物( Nonsteroidal antiinflam-
化合物制备和药物手性转换中具有独特的优势。非水 matory drugs, NSAIDS)是一类具有解热、镇痛、抗炎、
酶学的建立和发展,使脂肪酶的这种特性在手性药物抗风湿和血小板聚集作用的药物,主要用于治疗多种
及其中间体合成中的地位更加突出。
疾病引起的持续性发炎、疼痛和发烧。此类药物大
同时,脂肪酶作为生物催化剂具有高度的区域选多因手性中心的存在而具有对映体,比如萘普生、酮洛
择性,特别适合于一般化学方法难以实现的多功能化芬、布洛芬和氟比洛芬等。最近研究人员利用脂肪酶
合物的合成,能很好地避免多取代产物等副产物的产在手性药物拆分中具有的优势,对合成这四种药物的
生。脂肪酶催化反应除具有高度的立体选择性和区域工艺进行了优化,获得了较好的结果。
选择性、副反应少等特点外,还具有催化反应条件温1.1脂肪酶催化合成(S)-普生
和、无环境污染等优越性,可以保证产物的光学纯度和
萘普生[(+)a-甲基-6-甲氧基2-禁乙酸]是世界
收率。脂肪酶作为生物催化剂,为化学过程提供了更上应用最多的非甾体类抗炎镇痛药物。临床研究表
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30900253)
收稿日期:2010-04--26
作者简介;熊小龙(1985-),男,安六安人,硕士研究生,研究方向:生物酶及催化;通讯作者:谢恬,博士,教授。E-mail: tanxi
hznu(②gmail.com。
万方数据
一熊小龙等:脂肪酶催化药物合成的研究进展/2010E8?
明,(S)-普生的生理活性是其对映体的28倍,并作毒性。
为单一对映体药物用于人体。在有机溶剂中水解(R,
最近,Long等克隆了粘质沙雷菌ECU1010的
S)-茶普生甲酯是合成(S)-萘普生的理想途径(图1)。
种脂肪酶,并在大肠杆菌中表达,这种重组脂肪酶能
立体选择性水解(R,S)-酮洛芬酯合成(S)-酮洛芬(图
COOH
2),ee达到91.6%,E达到63,x高达48.2%。重组
COOCH
(s-naproxen
脂肪酶也表现了很高的立体选择性,这为得到具有更
Im mobilized lipases
高活性的脂肪酶提供了另外一条途径
Racemic naproxen methyl ester
COOCH
H
(R)-NAP
R-OH
图1立体选择性水解(R,S)-普生甲酯
Racemic ketoprofen acid
Alcohol
Fig. I Enantioselective hydrolysis of(R, S)naproxen methyl ester
Salgin等?用皱褶假丝酵母脂肪酶(CRL)在超临
界二氧化碳存在下的含水缓冲溶液/异辛烷反应体系
Racemic ketoprofen ester
中立体选择性水解消旋普生甲酯。结果发现,对映
Lipases Immobilized lipases
体比率随着反应时间的延长而升高,对映体选择率
OH
(E)为236,转化率(x)为41.6%,产物对映体过剩值
(ee)为98.2%,底物对映体过剩值(ee)为70.0%。
(S)Ketoprofen (R)-ketoprofen ester
在超临界二氧化碳中选择合适的反应体系和实验条
图2立体选择性水解{R,S)-洛芬
件,产物对映体过剩值、对映体比率、转化率、酶活性和
Fig 2 Enantioselective hydrolysis of(, 5)-ketoprofen ester
稳定性均能达到较好的水平。 Takac等研究了在水
Wu等刚在用大孔丙烯酸树脂吸附的南极假丝酵
有机二相体系中催化水解消旋惹普生甲酯合成(S)-
母脂肪酶催化水解酮洛芬乙酯的实验过程中,偶然发
萘普生的一系列参数对CRL立体选择性的影响,并获
现45℃下这种酶制剂在强酸环境(pH值1.0)比在中
得了(S)-装普生的最高对映体比率,E为171,1,x为
性环境中水解酮洛芬乙酯显示了更高的对映选择性。
49.8%,ee为95.7%。 Sahin等比较了不同类型添
这是由于在强酸环境下,酶构象的改变提高了其立体
加剂对包裹在四乙氧基硅烷和率基三乙氧基硅烷中的选择性。Ong等?将CALB于酶膜反应器中固定,与
CRL的立体选择性的影响。结果显示,加人氨基杯游离 CALB相比,固定化CALB降低了对映分离(R,
4,6]芳烃和羧基杯[6]芳烃添加剂的包裹脂肪酶与不S)-酮洛芬的酶量,ee和E分别提高到87.8%和27。
加添加剂的包裹脂肪酶相比具有更高的转化率和立体1.3脂肪酶催化合成(S)-布洛芬
选择性。因此,选择适宜的添加剂对脂肪酶的立体选
布洛芬[2-(4-异丁基苯基)丙酸]是常用的非甾体
择性具有重要的影响。Kwon等对南极假丝酵母脂类抗炎镇痛药物,广泛用于治疗头痛和轻微的疼痛。
肪酶B(CALB)催化的消旋萘普生酯交换反应在真空、消旋布洛芬的两个对映体只有(S)-对映体具有抗炎的